(57)【要約】【課題】鉛を使用することなく、比較的低温で被接合部材同士を高強度に迅速かつ高強度に接合することができる接合材料を提供する。【解決手段】接合材料は、被接合部材を接合するために使用される。銀を含む無機物からなる微小粒子の周囲を有機物で被覆した複合型銀ナノ粒子に活性酸素を放出する炭酸銀を接触または近接させた状態で介在させる。上記銀を含む無機物は金属銀であることが好ましく、上記複合型銀ナノ粒子と上記炭酸銀を合わせた重量に対する上記炭酸銀の重量の比は３２〜９７ｗｔ％であることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合部材同士を接合する接合材料であって、
無機物からなる微小粒子の周囲を有機物で被覆した複合型ナノ粒子に、活性酸素を放出する酸化剤を接触または近接させた状態で介在させたことを特徴とする接合材料。
【請求項２】
被接合部材同士を接合する接合材料であって、
銀を含む無機物からなる微小粒子の周囲を有機物で被覆した複合型銀ナノ粒子に、活性酸素を放出する炭酸銀を接触または近接させた状態で介在させたことを特徴とする接合材料。
【請求項３】
前記銀を含む無機物は金属銀であることを特徴とする請求項２に記載の接合材料。
【請求項４】
前記複合型銀ナノ粒子と前記炭酸銀を合わせた重量に対する前記炭酸銀の重量の比が３２〜９７ｗｔ％であることを特徴とする請求項２または３に記載の接合材料。
【請求項５】
前記有機物は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、および酸素（Ｏ）の元素から構成されることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の接合材料。
【請求項６】
前記複合型銀ナノ粒子および前記炭酸銀の固形分を有機分散媒または有機溶媒と混合し、該有機分散媒または有機溶媒中に前記固形分を分散または溶解させたことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の接合材料。
【請求項７】
前記有機分散媒はグリコール系有機液であることを特徴とする請求項６に記載の接合材料。
【請求項８】
前記複合型銀ナノ粒子および前記炭酸銀の重量の和に対する前記グリコール系有機液の体積比が０．１〜１ｍＬ／ｇであることを特徴とする請求項７に記載の接合材料。
【請求項９】
前記被接合部材の少なくとも１つは、半導体装置、半導体装置を含む部品、半導体装置を含む製品、電気部品、または電気製品であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の接合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合材料に係り、特に半導体装置や電気部品における部材同士を接合するために用いられる接合材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境保全の観点から半導体装置や電気部品における鉛の使用が禁止されることが決まっている。これに関連して、中心核が銀からなり、その周囲を有機物で被覆したいわゆる複合型銀ナノ粒子を半導体実装工程における高温はんだの代替に使うというコンセプトが有望視されている。もともと、ナノ粒子を半導体装置等の部材の接合に用いるというアイデアは従来から提唱されている（例えば特許文献１、２および非特許文献１参照）。これは、ナノ粒子自体が本来的に有する表面の高い活性と低温焼結性を利用するものであって、例えば銀の超微粒子の場合、平均粒径が２０ｎｍの粒子であれば焼結開始温度が６０〜８０℃まで低下するという特性に基づいている（例えば非特許文献２参照）。
【０００３】
実際に、銀超微粒子の周囲を有機物で取り囲んだ構造を有する複合型銀ナノ粒子を用いて銅材料の接合を行ったところ、４０ＭＰａ程度のせん断接合強さを得たという報告がなされている（非特許文献３参照）。この値は、通常の高温はんだによるせん断接合強さ（１８ＭＰａ）をはるかに超える大きな値であり、複合型ナノ粒子の優れた接合強さを示すものとして注目される。
【０００４】
図１は、銀ナノ粒子によって接合された金属試験片のせん断接合強さを被接合部材の材質ごとに測定した結果の一例を示すグラフである。図１に示す例では、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇの３種類の金属を被接合部材として作製・供試している。なお、焼成条件は３００℃×５ｍｉｎであり、加圧面圧は５ＭＰａとした。
【０００５】
図１に示すように、被接合部材がＣｕである場合にせん断接合強さが最も大きく、その次にＡｇ、Ｎｉとなっている。特に被接合部材がＣｕの場合、接合強さが３０ＭＰａ以上と、大きな強度を発現している。このように、せん断接合強さにだけ着目すると、被接合部材料がＣｕの場合には、高温はんだ接合の接合強さをはるかに上回る３０ＭＰａ以上の接合強さが得られる。
【０００６】
しかしながら、使用対象によっては、さらに高い強度、例えば引張り接合強さで７０ＭＰａ以上の高い値を必要とする場合があり、特に電気自動車（ハイブリッド車、電池自動車、燃料電池車など）や鉄道車両に搭載する大電力半導体には、高強度と長期信頼性が必要とされる。このような用途においては、対象となる部分が全供用期間に亘って大きな機械的衝撃力を受け、また、極限条件として約１５０℃以上の高温から約−４０℃以下の低温に及ぶ広域温度変動に起因する熱疲労や長期環境暴露に伴う劣化、大電流の瞬時スイッチングによる急激なヒートショックに伴う過渡的な熱歪みなどが生じ、極めて過酷な負荷を受ける。このような厳しい用途に耐え、長期に亘って信頼性を確保するためには、少なくとも汎用はんだのそれを上回る十分な接合強度を確保することが必要となる。
【０００７】
また、導電性の皮膜などを形成するために、金属微粒子に代えて、金属酸化物や金属塩をはじめとする化合物微粒子を製造・応用するアイデアとしては、従来から種々のものが提案されている。例えば、粒子状の酸化銀、炭酸銀、またはそれ以外の銀化合物を主剤として、これを有機化合物や分散媒などの副剤と組み合わせて用いる方法が提案されている（例えば特許文献３、４参照）。また、これ以外にも、例えば、無機化合物超微粒子を有機酸または無機アルカリで被覆したものを含む複合接着剤（例えば特許文献５参照）、金属酸化物超微粒子を界面活性剤とポリシロキサンで被覆した紫外線遮蔽材料（例えば特許文献６参照）、酸化物または各種塩などからなるナノサイズの粒子を表面基（重合・縮合合成樹脂等）で被覆した屈折率勾配材料（例えば特許文献７参照）、金属、化合物、または混合物微粒子をアクリルポリマーで被覆した骨セメント材料（例えば特許文献８参照）、金属酸化物微粒子を有機物で表面修飾した複合材（例えば特許文献９参照）などの材料が提案されている。これらの材料はいずれも、酸化銀や炭酸銀などをはじめとする非金属粒子自体がそれぞれの材料の機能を発現するものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２４９４２号公報
【特許文献２】特開平９−３２６４１６号公報
【特許文献３】特開２００５−２００６０４号公報
【特許文献４】特開２００３−３０８７３２号公報
【特許文献５】特表平１１−５０３７７３号公報
【特許文献６】特開２０００−２６４６３２号公報
【特許文献７】特表２００５−５１４４８７号公報
【特許文献８】特表２００４−５３４５７５号公報
【特許文献９】特開２００５−１９３２３７号公報
【非特許文献１】Harald  Eifert  &  Bernd  Guenther、World  Powder  Metallurgy  Markets  1997、ＪＳＴ資料、1997年、p.98
【非特許文献２】佐藤稔雄「金属超微粒子の製作から応用まで」日本金属学会シンポジウム予稿、1975年、p.26
【非特許文献３】小林紘二郎、金属、Vol.75、No.9、2005年、p.909
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、鉛を使用することなく、比較的低温で被接合部材同士を迅速かつ高強度に接合することができる接合材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、比較的低温で被接合部材同士を迅速かつ高強度に接合することができる接合材料が提供される。この接合材料は、無機物からなる微小粒子の周囲を有機物で被覆した複合型ナノ粒子に、活性酸素を放出する酸化剤を接触または近接させた状態で介在させたものである。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、比較的低温で被接合部材同士を迅速かつ高強度に接合することができる接合材料が提供される。この接合材料は、銀を含む無機物からなる微小粒子の周囲を有機物で被覆した複合型銀ナノ粒子に、活性酸素を放出する炭酸銀を接触または近接させた状態で介在させたものである。
【００１２】
ここで、上記銀を含む無機物は金属銀であることが好ましい。また、上記複合型銀ナノ粒子と上記炭酸銀を合わせた重量に対する上記炭酸銀の重量の比は３２〜９７ｗｔ％であることが好ましい。
【００１３】
上記有機物は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、および酸素（Ｏ）の元素から構成されていることが好ましい。Ｃ、Ｏ、Ｈの元素から構成される有機物で周囲を被覆した複合型ナノ粒子を用いて接合を行えば、接合工程を完了した接合金属（焼結体）中に窒素（Ｎ）や硫黄（Ｓ）などを含む非揮発性の不純物が残留するおそれは皆無となる。この結果、接合後の焼結金属は純度の高いものとなって、その導電率が高まる。したがって、かかる焼結金属は、半導体装置や電気部品の通電部分に好適に用いることができる。
【００１４】
上記複合型銀ナノ粒子および上記炭酸銀の固形分を有機分散媒または有機溶媒と混合し、該有機分散媒または有機溶媒中に上記固形分を分散または溶解させてもよい。この場合において、上記有機分散媒としてグリコール系有機液を用い、上記複合型銀ナノ粒子および上記炭酸銀の重量の和に対する上記グリコール系有機液の体積比を０．１〜１ｍＬ／ｇにすることが好ましい。
【００１５】
上記接合部材は、半導体装置、半導体装置を含む部品、半導体装置を含む製品、電気部品、または電気製品の接合に用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来開発されている複合型ナノ粒子を接合材料の主剤として用いるにあたり、複合型ナノ粒子に酸化剤（炭酸銀）を介在させ、この複合型ナノ粒子と酸化剤（炭酸銀）の混合物を主たる要素として接合材料を構成する。酸化剤（炭酸銀）を介在させることによって、接合工程中の加熱・焼成に伴い、酸化剤（炭酸銀）が熱分解を起こし、このときに生じる活性酸素の働きによって複合型ナノ粒子の中心核の周囲を被覆している有機物の酸化・燃焼・分解が促進される。その結果、接合材料中に含まれる金属分等の焼結が活発に起き、比較的低温で被接合部材同士を迅速かつ高強度に接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る接合材料の実施形態について詳細に説明する。本発明に係る接合材料は、従来開発されている複合型ナノ粒子を主剤として用い、複合型ナノ粒子に酸化剤（炭酸銀）を介在させ、この複合型ナノ粒子と酸化剤（炭酸銀）の混合物を主たる要素として構成したものである。複合型ナノ粒子の集合体に所定量の酸化剤（炭酸銀）の粉体を混入・分散することによって、複合型ナノ粒子に必要な酸素を容易に供給して、複合型ナノ粒子の外側を被覆している有機物を分解することができる。
【００１８】
すなわち、被接合部材同士の接合を行うためには、複合型ナノ粒子の外表面を取り囲んでいる有機物を効率良く排除し、金属銀粒子同士および金属銀粒子と被接合部材との間の焼結反応を活発に起こすことが必要である。このため、接合工程を開始した以降は、複合型ナノ粒子の外表面を取り囲んでいる有機物を可及的速やかに排除する必要が生じる。上記有機物を排除するためには、該有機物を酸素と結合させ、酸化・燃焼・分解させるのが最も簡単な方法である。ここで、上記有機物として、炭酸（Ｃ）、酸素（Ｏ）、および水素（Ｈ）から構成されるものを用いた場合には、上記有機物は最終的にＣＯ２とＨ２Ｏからなる廃ガスとなって放散される。したがって、必要量の酸素を供給し、発生した反応生成ガスの放散を迅速かつ確実に行うことが必要となる。しかも、低温で酸化・分解を生じさせるためには、供給する酸素は安定な酸素分子の形態でなく、活性な酸素原子の形で与えることが不可欠な条件となる。
【００１９】
このような活性酸素を得るためには一般的に、オゾンの分解過程を利用したり、酸素ガスに紫外線を照射したり、あるいは酸素プラズマを生じさせたりする方法を行うことが考えられる。しかしながら、これらの方法はいずれも、専用の装置（例えば、オゾナイザーや低圧水銀灯、高周波電源など）を必要とするため、接合工程を行うための費用が上昇してしまうという弊害がある。
【００２０】
そこで、本発明者等は、安価で容易に活性酸素を複合型ナノ粒子に供給する方法として、複合型ナノ粒子に予め一定の割合で特定の物質（酸化剤）を介在させておき、低温で加熱しただけでこの酸化剤が分解して一部またはすべての酸素を放出し、酸化剤それ自身は還元されることを利用することを想起するに至った。ここで、放出された酸素は、通常、最終的に酸素分子からなる酸素ガスとなるか、あるいは他の元素と結合する形をとって安定状態に達すると考えられる。
【００２１】
表１は、従来から酸化剤として用いられている酸化力の強い物質の一例である（妹尾学「化学反応の話」初版第10刷、培風館、1997年11月、p.101から抜粋）。
【表１】
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【００２２】
表１に示した物質は酸化力が非常に強いため、室温でも反応を起こしたり、周囲の金属部材を腐食させたりするおそれが大きいので、上述した用途にはいずれも不適当である。すなわち、本発明において用いる酸化剤としては、接合工程（焼結）を行う温度付近に昇温されてはじめて有機物の酸化・分解・脱離を開始し、周囲の金属部材を極度に変質・腐食・劣化等させることがなく、しかも接合完了後の接合金属（焼結体）部分に非金属の介在物を生じさせにくいような物質を選定することが必要である。複合型銀ナノ粒子に関して、このような条件を満足する物質としては、少なくとも銀と酸素を含む化合物が考えられ、少なくとも銀と酸素を含む化合物が上述した目的に合致した酸化剤として好ましいと考えられる。
【００２３】
ここで、少なくとも銀と酸素を含む化合物としては、例えば炭酸銀、硝酸銀、酸化銀などがある。一例として炭酸銀を考えると、加熱に伴う反応として、炭酸銀を加熱すると二酸化炭素を放出して分解し、酸化銀を生じる。この酸化銀は酸素を放出してさらに分解する。この分解反応が起こった瞬間には、酸素原子が活性酸素の形で放出される。したがって、この活性酸素を複合型銀ナノ粒子中の有機物に有効に作用させれば、有機物の酸化・燃焼・分解が効率的に起こり、有機物の複合型銀ナノ粒子からの離脱を迅速に行うことができると考えられる。特に、炭酸銀はその特性から見て、遮光状態に保つ限り常温では極めて安定である一方、２００℃程度の温度で容易に分解を起こすことが明らかにされているので、上述した酸化剤として用いるのには非常に都合がよい。
【００２４】
ここで、炭酸銀は複合型銀ナノ粒子に接近・接触した状態で介在していることが必要であり、このような状態を生起するためにはどのような方法および手段を用いてもよい。例えば、（１）複合型銀ナノ粒子の製造中、（２）複合型銀ナノ粒子の製造後、（３）接合材料の調整中、または（４）接合材料の調整後のいずれか１つの段階または複数の段階で炭酸銀を添加することができる。また、外部から炭酸銀を添加させる方法に代えて、複合型銀ナノ粒子の製造プロセスなどにおいて、炭酸銀を何らかの機構により生成および残留させるようにしてもよい。
【００２５】
上述したように、炭酸銀を酸化剤として用いることで、炭酸銀（Ａｇ２ＣＯ３）は分解し、最終的には炭酸分（−ＣＯ３）は蒸散して、銀（Ａｇ）だけが残留する。残留した銀は接合・焼成中に複合型ナノ粒子からのＡｇと同様に焼結を起こす結果、金属銀として一体のものになる。
【００２６】
ここで、上述した特許文献３〜９に開示された材料はいずれも、酸化銀や炭酸銀などをはじめとする非金属粒子自体がそれぞれの材料の機能を発現するものであるが、本発明に係る接合材料は、複合型銀ナノ粒子に炭酸銀を添加・配合したものであって、接合作用を発揮するのはあくまで金属銀粒子そのものである。上述したように、添加・配合された炭酸銀は、接合・焼結時に熱分解して酸素を放出して、自らは還元され、このとき放出された活性酸素原子が複合型銀ナノ粒子の表面を覆う有機物の分解・燃焼・離脱を促進するのである。このように、本発明における炭酸銀は、接合力の基となる焼結反応を促進する補助的な役割を有するに過ぎない。このような補助的作用を有する炭酸銀の粉体の挙動に注目し、これを意図的に利用することを主眼として複合型銀ナノ粒子の集合体に炭酸銀を添加・配合するという点において、本発明は上述した特許文献３〜９と本質的に異なっている。
【００２７】
これまで複合型銀ナノ粒子を用いた例を説明してきたが、本発明に係る接合材料においては、銀ナノ粒子に限らずあらゆる種類の金属のナノ粒子を用いることができる。例えば、銀以外の貴金属やそれ以外の金属単体または合金のナノ粒子を利用することができる。さらに、複合型ナノ粒子は、核となる微小粒子の周囲を有機物で被覆したものであればどのようなものであってよく、核を構成する材料として、上述した純金属や合金以外の無機物、例えば酸化物、窒化物、その他の化合物、混合物、セラミック、ガラス、黒鉛や無機塩などを用いることも可能である。
【００２８】
なお、上述した複合型ナノ粒子は、従来から用いられている種々の方法および手段を用いて生成することができる。すなわち、物理的方法、機械的方法、化学的方法、気相法、湿式・液相法などのプロセスの如何にかかわらず、一般に行われるあらゆる製法を用いて複合型ナノ粒子を生成することができる。
【実施例】
【００２９】
複合型銀ナノ粒子（平均粒径１２ｎｍ）に粉体の炭酸銀（平均粒径５μｍ）を種々の割合で添加・混合したものを接合材料の主剤とし、これに分散媒を添加・混練して実用的な接合材料に調整し、この接合材料を用いて以下に述べる接合実験を行った。そして、接合材料に含有される炭酸銀の重量比と接合強さとの関係を調べ、本発明の効果を検証した。
【００３０】
図２は、本実験で用いた引張り接合試験片の斜視図である。この試験片は、図２に示すように、下部の太い円柱１０に上部の細い円柱２０を組み合せ、両者の間に上記複合型銀ナノ粒子を主剤とする接合材料を挿入して、加圧・焼成することによって突き合せ接合したものである。ここで、円柱１０および２０は、工業用純銅（ＪＩＳＣ１１００）製とし、加圧時の接触面圧は５ＭＰａとした。
【００３１】
図３は、上述した試験片の接合に用いた接合材料重量（分散媒重量を除く）に占める炭酸銀の重量比と接合後の引張り接合強さの測定結果を示すグラフである。図３は、試験片の接合のための焼成の保持温度および時間を、それぞれ３００℃×５ｍｉｎ、３５０℃×５ｍｉｎという組み合せで行った結果を示している。
【００３２】
図３から明らかなように、焼成温度が３００℃、３５０℃のいずれの場合も、炭酸銀の重量比が約６０〜８５ｗｔ％の場合に最大の引張り接合強さを示し、その値はそれぞれ８０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上と極めて大きくなる。この値が接合部の強さであること、および圧延後焼鈍した銀単体のバルクとしての引張り強さがせいぜい１２７〜１５７ＭＰａ（化学大辞典編集委員会、「化学大辞典２」、縮刷版第34刷、共立出版、1996年６月、p.899）であることを考慮すると、図３の最大接合強さは非常に大きな値といえる。
【００３３】
図３において、炭酸銀の重量比が６０〜８５ｗｔ％の範囲を上回るにしても下回るにしても、この最大強度を示す重量比の範囲から離れるにしたがって、接合強さは急激に低下している。すなわち、この重量比の範囲外では接合部の強さが炭酸銀の重量比に対して著しく敏感になるという特性を示しており、十分な接合強度を得るためには、炭酸銀の重量比の制御が極めて大きな要因となることがわかる。
【００３４】
次に、有効な炭酸銀の重量比の範囲について考察する。上述した接合材料においては、微小な銀粒子の周囲を被覆する有機物としてテトラデカノール（ＧＣ／ＭＳ分析の結果）を用いているが、このテトラデカノールを酸化・分解し、金属銀表面から離脱させるためには、上述したように少なくとも酸化に必要な活性酸素を供給する必要がある。
【００３５】
図３からわかるように、炭酸銀の重量比が接合強さの最大値を実現する６０〜８５ｗｔ％の範囲を下回ると、接合強さが急激に低下する。例えば、３００℃加熱による接合の場合、炭酸銀の重量比が４０ｗｔ％程度では引張り接合強さは２９ＭＰａ程度と最大値の１／３程度に激減している。これは、３００℃で５ｍｉｎの加熱・保持によって存在する炭酸銀が仮にすべて酸化・分解したとしても、これにより発生する活性酸素の供給総量が不十分であることによるものと考えられる。この場合には、焼結体の金属銀中に相当量の有機物が残留してしまい、接合部の焼結の進行が妨げられるため、継手強度が著しく損なわれてしまう。
【００３６】
一方、図３から分かるように、炭酸銀の重量比が６０〜８５ｗｔ％の範囲を少しでも超えると、接合強さは重量比が低い場合に比べて、さらに急激に低下する。これは、添加した炭酸銀の組成が、最適である６０〜８５ｗｔ％の範囲を超えることによって、焼結金属中に未分解の炭酸銀が大量に残留することによって、接合部組織の健全性を損なうためと考えられる。
【００３７】
特に、図４（ａ）の模式図に示すように、残留炭酸銀３０が被接合部材（銅）４０の表面に接触した状態が局所的にでも存在すると、炭酸銀３０と被接合部材４０とは互いに接合する作用を持たないため、図４（ｂ）に示すように、外荷重Ｆを負荷したときにこの部分で容易に分離（界面分離）が起こり、有効接合断面積の減少を招くことになる。すなわち、この部分の接合力は実質的に零となる。したがって、外荷重Ｆによる破壊経路に占める界面分離の割合が増すことになる結果、接合強度の著しい低下を起こすと想定される。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）において、符号５０は接合部としての焼結銀を示している。このように、炭酸銀の重量比が６０〜８５ｗｔ％を超える場合の接合強さの低下は極めて急激なものであり、残留炭酸銀の量に対して接合強度が著しく敏感になる。
【００３８】
また、図３における焼成温度の違いに着目すると、接合強さとして約４０ＭＰａ以上を発現する炭酸銀の重量比は、接合温度が３００℃のときは約４６〜９４ｗｔ％程度であり、接合温度が３５０℃のときは約３２〜９７ｗｔ％程度である。接合温度が３５０℃のときの方が接合強さが改善されているのは、焼結温度を５０℃高くした結果、炭酸銀と有機物の分解速度と銀の焼結速度が増加するため、金属接合が促進され、かつ残留する有機物や炭酸銀が減少したことに起因すると考えられる。炭酸銀の重量比の全範囲にわたって、３５０℃で焼成したものの方が接合強さが大きいのはこのためである。
【００３９】
ここで、複合型銀ナノ粒子に対する炭酸銀の実用的重量比を検討する。図５は、鋳造Ｐｂ−Ｓｎ合金の引張り試験による応力−歪曲線である（（社）日本溶接協会「標準マイクロソルダリング技術」第２版１刷、日刊工業新聞社、2002年８月）。図５から５ｗｔ％Ｓｎ−９５ｗｔ％Ｐｂの組成を持つ汎用高温はんだの引張り強さは２３．５ＭＰａ程度となることが分かる。簡略化のため、図５における最大応力の値をはんだ材料による引張り接合強さと仮定する（安全側の仮定相当）。
【００４０】
図５における上記高温はんだの引張り強さを確保するために必要な炭酸銀の重量比を図３から求めると、接合温度が３００℃の場合で約３６〜９７ｗｔ％、接合温度が３５０℃の場合は約２６〜９８ｗｔ％となる。接合温度の高い方が必要な炭酸銀の重量比の範囲が広くなっているが、これは、上述したように高温で接合操作をすることによる焼結および有機物・炭酸銀の分解の加速効果に起因している。
【００４１】
したがって、炭酸銀の実用的重量比は、実験誤差による変動を考慮すると、図３から求められる結果よりも狭い範囲をとることが望まれ、約４０〜９０ｗｔ％とするのが好ましい。３５０℃を上回る温度で接合を行うことは、例えば周囲の半導体装置の機能を損なうおそれが大きいので不適切であり、さらに好ましくは炭酸銀の重量比をより安全側の約４５〜９４ｗｔ％とするのがよい。これにより、３００℃の接合温度の場合でも汎用のＳｎ−Ｐｂ系共晶はんだによる接合強度（〜４０ＭＰａ）またはそれ以上の接合強度を得ることができる。
【００４２】
上述したように、炭酸銀の重量比の最適範囲は接合温度によって変動するので、実用上の観点からは、接合温度に応じて、所望の接合強さを得るために介在すべき炭酸銀の重量比の範囲を選定する必要がある。図６は、接合温度と炭酸銀の重量比の必要範囲との関係を温度−重量比平面上に示したグラフである。なお、図６においては、簡単のため上記関係が直線により表されるものと仮定している。
【００４３】
図６によれば、任意の接合温度に応じて、所望の接合強さを得るために必要な炭酸銀の重量比を求めることができる。例えば、接合強さ２３．５ＭＰａ（汎用のＳｎ−Ｐｂ系共晶はんだ相当の強度）を得るためには図６の領域Ａおよび領域Ｂの範囲にある炭酸銀重量比を採用する必要があり、接合強さ４０ＭＰａ（高温はんだ相当の強度）を得るためには図６の領域Ａの範囲にある炭酸銀重量比を採用する必要がある。より厳密なアプローチとしては、このような概念に基づいてさらに多くの実験データを集積し、実用性の高い温度−重量比相関を得ることによって、必要な炭酸銀の重量比を適切に算出することが推奨される。
【００４４】
以上述べたように、複合型銀ナノ粒子の集合体に炭酸銀の粉体を介在させることによって、接合強さが大きく改善される。すなわち、炭酸銀の重量比が適切な一定の範囲内にあるとき、最大の接合強さが得られ、重量比がその範囲より少なくても多くても、接合強さは顕著に低下してしまう。これは、通常炭酸銀の分解に伴って生じる活性酸素の供給量の多少によって有機物分解の進行が影響を受けること、および炭酸銀の重量比によって炭酸銀自体の残留状況が変化することによって最終的な接合強度が大きく左右されるためである。したがって、複合型銀ナノ粒子を接合材料の主剤として用いる場合には、それ単独で分散媒等と混合するよりも、所定量の炭酸銀を複合型銀ナノ粒子に介在させたものに分散媒等を混合する方が、極めて高い接合強さが得られる。これにより、特に半導体実装を始めとする鉛の使用が禁止される条件下の接合工程において、従来の高温はんだに代えて使用可能な接合材料として好適なものとなる。
【００４５】
なお、複合型銀ナノ粒子の集合体に炭酸銀を添加したもの（固形分）に適度の粘性を付与するために、添加・混合すべき分散媒や溶媒としては、適度な粘性や濡れ性を有し、接合材料としての操作性や保存性を適切に発現させるものであることが好ましい。用いられる分散媒や溶媒として、例えば、アルコールをはじめとする有機液体などが考えられる。
【００４６】
また、上記分散媒としてグリコール系有機液を用いることができる。この場合には、複合型銀ナノ粒子の集合体と炭酸銀を合わせた物質の単位重量当りのグリコール系有機液の体積比が約０．１〜１ｍＬ／ｇとなるようにすることが好ましい。グリコール系有機液の体積比が０．１ｍＬ／ｇ未満の場合、接合材料としての粘性が大きくなり過ぎて、接合操作等の使い勝手が悪くなる。一方、グリコール系有機液の体積比が１ｍＬ／ｇを超えると、この接合材料を被接合部材の間に接触・介在させ、これを乾燥して焼結させるときの分散媒の気化に要する時間が長くなるため、作業効率が悪くなる。また、焼成工程終了後にもグリコール系有機液の一部が残留するという弊害が生じやすい。したがって、グリコール系有機液の体積比を約０．１〜１ｍＬ／ｇとすることが好ましい。
【００４７】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】銀ナノ粒子によって接合された金属試験片のせん断接合強さを被接合部材の材質ごとに測定した結果の一例を示すグラフである。
【図２】本発明に係る接合材料の特性を調べるために用いた引張り接合試験片の斜視図である。
【図３】図２に示す試験片の接合に用いた接合材料重量（分散媒重量を除く）に占める炭酸銀の重量比と接合後の引張り接合強さの測定結果を示すグラフである。
【図４】焼成した接合部に炭酸銀が残留した場合の破壊形態を示す概念図である。
【図５】鋳造Ｐｂ−Ｓｎ合金の引張り試験による応力−歪曲線を示すグラフである。
【図６】本発明に係る接合材料における接合温度と炭酸銀の重量比（＝炭酸銀重量／（複合型銀ナノ粒子重量＋炭酸銀重量））の必要範囲との関係を温度−重量比平面上に示したグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
３０    残留した炭酸銀
４０    被接合部材（銅）
５０    接合部（焼結銀）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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